吳曉媧，秦四清，薛雷，張珂，陳竑然，翟夢陽

1)北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100038；2)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所中國科學(xué)院頁巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100029；3)中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京，100029；4)中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京，100049

內(nèi)容提要: 可靠地劃分地震區(qū)可奠定地震預(yù)測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)的地質(zhì)基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。筆者等通過研究分析指出板內(nèi)孕震構(gòu)造塊體側(cè)向邊界可由區(qū)域性大斷層或由區(qū)域性大斷層與板塊邊界界定，底邊界為康拉德面或低速高導(dǎo)層；板間孕震構(gòu)造塊體為俯沖板塊，可由區(qū)域性大斷層和(或)板塊邊界約束；在同一個(gè)孕震構(gòu)造塊體和同一輪地震周期的地震具有內(nèi)在聯(lián)系。因此，地震區(qū)可定義為代表相應(yīng)孕震構(gòu)造塊體地震活動的區(qū)域，其可表征該塊體內(nèi)源自鎖固段破裂的地震活動。基于筆者等提出的孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則，把全球兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶)劃分為62個(gè)地震區(qū)；每個(gè)地震區(qū)的分區(qū)方案均通過了多鎖固段脆性破裂理論的檢驗(yàn)，這說明方案可靠。進(jìn)而，筆者等歸納總結(jié)了地震區(qū)劃分方法。

可靠地劃分地震區(qū)可奠定地震預(yù)測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)的地質(zhì)基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。由于地震活動在空間上并非完全隨機(jī)分布，而是分布在一定的空間范圍(Cornell，1968)，因此不少學(xué)者根據(jù)地震空間分布特征給出了地震區(qū)的多種定義。例如，陸遠(yuǎn)忠等(1985)認(rèn)為地震區(qū)是地震相對密集區(qū)；任鎮(zhèn)寰和羅振暖(1998)把地震活動與新構(gòu)造活動具有一定相關(guān)性的地區(qū)稱為地震區(qū)；王鍾琦等(1994)認(rèn)為地震區(qū)是地震活動頻繁而強(qiáng)烈的區(qū)域；袁一凡和田啟文(2012)指出，同一地震區(qū)地震活動在時(shí)間、空間、強(qiáng)度上具有共同特征和相互聯(lián)系；Bhasker(2013)將地震區(qū)定義為地震傾向集中的區(qū)域，如美國中部的新馬德里地震區(qū)和瓦巴什山谷地震區(qū)。

在此基礎(chǔ)上，諸多地震學(xué)家亦提出了多種地震區(qū)劃分方法。例如，Nishenko和Jacob(1990)沿太平洋板塊和北美洲板塊邊界的大致走向劃分了夏洛特皇后—阿拉斯加—阿留申地震區(qū)；Nishenko(1991)根據(jù)板塊邊界把環(huán)太平洋地區(qū)劃分為智利地震區(qū)、秘魯?shù)卣饏^(qū)等；Marku?ic和Herak(1998)利用地震地質(zhì)資料和地球物理數(shù)據(jù)，把克羅地亞及其鄰區(qū)劃分為17個(gè)地震區(qū)；有些學(xué)者(Kelson et al.，1996；Kenner and Segall，2000；Grollimund and Zoback，2001； Tuttle et al.，2002)在研究1811～1812年美國新馬德里3次大地震時(shí)，把密蘇里州、阿肯色州、田納西州和肯塔基州交界區(qū)域劃分為新馬德里地震區(qū)；Bus 等(2000)認(rèn)為地震區(qū)應(yīng)根據(jù)震中分布和該地區(qū)已知斷層性質(zhì)(數(shù)量、走向、長度)進(jìn)行劃分；Cid 等(2001)利用數(shù)值模擬方法把巴塞羅那市劃分為4個(gè)地震區(qū)；Mu?o 等(2002)根據(jù)地震構(gòu)造和地震空間分布資料，把阿爾巴尼亞地區(qū)劃分為8個(gè)地震區(qū)；Magsi(2014)指出，地震區(qū)劃分應(yīng)考慮深部構(gòu)造、區(qū)域構(gòu)造、地殼形變強(qiáng)度、地球物理參數(shù)、震源深度與地震烈度資料；有些地震學(xué)家(Bufe and Varnes，1993；Papazachos and Papazachos，2000，2001；彭克銀等，2003；Scordilis et al.，2004；Bowman et al.，2012)提出了孕震區(qū)域臨界半徑與震級的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式，通過對比不同的搜索半徑篩選最優(yōu)地震區(qū)，但據(jù)其劃分的地震區(qū)很有可能橫穿區(qū)域性大斷層(塊體邊界斷層)，導(dǎo)致把屬于不同構(gòu)造塊體的地震歸為一起。

盡管前人劃分地震區(qū)的方法不同，但主要目的一致，即通過統(tǒng)計(jì)分析區(qū)內(nèi)的地震活動評價(jià)地震危險(xiǎn)性。這意味著在同一個(gè)地震區(qū)內(nèi)的地震存在潛在關(guān)聯(lián)性。然而，根據(jù)上述方法劃分的地震區(qū)在空間區(qū)域界定上具有強(qiáng)人為性和不確定性，其不僅缺乏嚴(yán)格且統(tǒng)一的地質(zhì)依據(jù)，而且未采用科學(xué)理論檢驗(yàn)分區(qū)方案的可靠性和合理性，以至于很有可能將不相關(guān)的地震劃分到同一個(gè)地震區(qū)，或者出現(xiàn)地震區(qū)重疊現(xiàn)象。這會導(dǎo)致兩個(gè)問題：①不能可靠地確定監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計(jì)范圍；②難以區(qū)分地震事件類型和界定地震周期。

在筆者等以前的工作中，基于當(dāng)時(shí)還不夠完善的多鎖固段脆性破裂理論(秦四清等，2010)，曾初步提出了表征構(gòu)造塊體內(nèi)部地震活動關(guān)聯(lián)性的地震區(qū)劃分方法(秦四清等，2015a，b，2016a，b，c)，但尚未妥善解決孕震構(gòu)造塊體(孕育且發(fā)生較大地震的塊體)和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則這一關(guān)鍵問題。隨著該理論的逐漸完善，目前其能很好地描述淺源、中源與深源構(gòu)造地震產(chǎn)生過程(吳曉媧等，2016；楊百存，2019)。鑒于此，本文將在以前工作基礎(chǔ)上，根據(jù)該理論與大地構(gòu)造學(xué)說，闡明孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則，并結(jié)合全球兩大地震帶地震區(qū)的分區(qū)實(shí)踐提出更為系統(tǒng)完善的地震區(qū)劃分方法。

圖1 板內(nèi)構(gòu)造塊體、地震區(qū)與鎖固段示意圖Fig. 1 Schematic illustration of intraplate tectonic blocks, seismic zones and locked segments(1)巖橋；(2)斷層中的堅(jiān)固體；(3)凹凸體；(4)斷層所圍限的塊體(1) A rock bridge; (2) a strong junction of two intersecting faults; (3) an asperity; (4) a block bounded by faults

1 理論依據(jù)

1.1 多鎖固段脆性破裂理論

鎖固段(秦四清等，2010；陳竑然等，2019)是構(gòu)造塊體內(nèi)承受應(yīng)力集中且具有高承載力的地質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖1和圖2)，常賦存于斷層中或由斷層圍限而成；其主控構(gòu)造地震產(chǎn)生，即不同規(guī)模的脆性破裂產(chǎn)生不同量級的地震。大尺度、扁平狀的鎖固段承受極其緩慢的剪切加載且處于高溫高壓環(huán)境，導(dǎo)致其具有強(qiáng)非均勻性和低脆性(陳竑然等，2019；楊百存，2019；楊百存等，2020)，應(yīng)呈現(xiàn)特定的斷裂前兆和破裂演化規(guī)律。一些學(xué)者(秦四清等，2010；薛雷等，2018；陳竑然等，2019；楊百存，2019)闡明鎖固段體積膨脹點(diǎn)處的高能級破裂事件為可判識斷裂前兆，且體積膨脹點(diǎn)和峰值強(qiáng)度點(diǎn)之間的地震序列呈現(xiàn)“兩頭大、中間小”模式；定義發(fā)生在鎖固段體積膨脹點(diǎn)和峰值強(qiáng)度點(diǎn)處的地震為標(biāo)志性地震，兩點(diǎn)之間的地震為預(yù)震，臨近峰值強(qiáng)度點(diǎn)的預(yù)震為前震；發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)地震區(qū)和同一輪地震周期，標(biāo)志性地震的演化遵循如下指數(shù)律：

εf(k)=1.48kεc

(1)

圖2 板間構(gòu)造塊體、地震區(qū)與鎖固段示意圖Fig. 2 Schematic illustration of interplate tectonic blocks, seismic zone and locked segments

式中，εc為第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界剪切應(yīng)變值，εf(k)為第k鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界剪切應(yīng)變值。式(1)說明，標(biāo)志性地震的演化遵循確定性規(guī)律，故其具有可預(yù)測性。

Benioff應(yīng)變?yōu)榈卣鸩ㄝ椛淠艿钠椒礁?Benioff，1951)，可根據(jù)震級與輻射能關(guān)系求得，累積Benioff應(yīng)變(CBS)為Benioff應(yīng)變之和。由于CBS比正比于剪切應(yīng)變比(楊百存，2019；楊百存等，2020)，則式(1)可變?yōu)椋?/p>

Sf(k)=1.48kSc

(2)

式中，Sc為第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界CBS值，Sf(k)為第k鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界CBS值。

由于某一地震區(qū)當(dāng)前地震周期的地震目錄通常包含與鎖固段脆性破裂無關(guān)的地震事件，因此秦四清等(2015c)設(shè)置最小有效性震級Mv以確定鎖固段破裂事件的門檻震級。考慮到第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)前不小于Mv的地震目錄通常不完整，初始CBS誤差可能出現(xiàn)，秦四清等(2010)導(dǎo)出了如下誤差修正公式：

(3)

式中，Δ為誤差值，Sc*和Sf*(1)分別為誤差修正前第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)和峰值強(qiáng)度點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界CBS監(jiān)測值。

進(jìn)行誤差修正后，可把第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震的臨界CBS值作為已知值，據(jù)式(2)可預(yù)測后續(xù)標(biāo)志性地震的臨界CBS值。

若在某地震區(qū)的當(dāng)前地震周期共發(fā)生了n次標(biāo)志性地震，那么第n次標(biāo)志性地震為主震。在統(tǒng)一震級標(biāo)度情況下，對第i次到第i+j次標(biāo)志性地震， 當(dāng)Mi + j

Mi-Mi + j≤ 0.2 (1≤i≤n- 2，j≥ 1和i+j≤n- 1)

(4)

對兩次相鄰標(biāo)志性地震， 當(dāng)Mi+1≥Mi，其震級的上限約束滿足：

Mi+1-Mi≤0.5 (1≤i≤n-2)

(5)

對相鄰標(biāo)志性地震之間的預(yù)震，其震級的上限約束滿足：

Mp≤min(Mi,Mi +1)-0.2 (1≤i≤n-1)

(6)

式中，Mi、Mi +j和Mi + 1分別表示第i次、第(i+j)次和第(i+ 1)次標(biāo)志性地震的震級。

當(dāng)最后一個(gè)鎖固段被加載至峰值強(qiáng)度點(diǎn)發(fā)生斷裂時(shí)，主震發(fā)生。經(jīng)理論推導(dǎo)(楊百存等，2020)，可得到如下主震判識準(zhǔn)則：

Mn-Mn-1> 0.5

(7)

式中，Mn和Mn-1分別表示主震和最后一個(gè)鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震的震級。

鑒于震級測定值存在誤差，且目前不同地震臺網(wǎng)給出的地震震級值均保留一位小數(shù)，當(dāng)兩次相鄰標(biāo)志性地震的震級差接近0.5時(shí)，根據(jù)式(7)容易誤判主震。為此，建議根據(jù)特定地震區(qū)某次標(biāo)志性地震后的地震活動特征做進(jìn)一步判斷(薛雷等，2018)。若后續(xù)不小于Mv的地震初期集中發(fā)生于該標(biāo)志性地震震中附近的較小區(qū)域，之后隨時(shí)間延續(xù)地震活動趨于平靜，則可確認(rèn)該標(biāo)志性地震為主震；若后續(xù)不小于Mv的地震在該地震區(qū)內(nèi)隨機(jī)發(fā)生且保持活躍，則可認(rèn)為該標(biāo)志性地震不為主震(楊百存等，2020)。此時(shí)應(yīng)參考不同地震臺網(wǎng)對該震的測定值，根據(jù)式(5)修訂震級。

1.2 大地構(gòu)造學(xué)說

Carlson(1989)認(rèn)為大地震的發(fā)生僅與某特定斷層(帶)相關(guān)，并且認(rèn)為斷層(帶)之間并無影響。然而，實(shí)則不然。例如，傅承義等(1979)認(rèn)為地震時(shí)能量的釋放固然集中在斷層錯(cuò)動的地方，但能量積累所涉及的范圍卻大得多，因此不應(yīng)將注意力僅僅集中在發(fā)震斷層附近；有些學(xué)者(Brent，2017；Hamling et al.，2017；Mason，2017)指出2016年新西蘭卡爾弗登MW7.8 地震涉及到的斷層多達(dá)十幾條；馬瑾(1999)強(qiáng)調(diào)中國大陸地震在空間上呈片狀分布，因此在分析地震活動時(shí)要從以活動斷層為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰顒拥貕K為中心。鑒于此，研究地震成因機(jī)制時(shí)，不應(yīng)僅研究發(fā)震斷層(帶)，還應(yīng)考慮其它斷層(帶)的參與作用，即需要研究孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)的劃分。

板塊構(gòu)造理論(Wilson，1965；McKenzie and Parker，1967；Le Pichon，1968；Morgan，1968)認(rèn)為巖石圈可分為多個(gè)不同大小的板塊，其是相對剛性和相對穩(wěn)定的巖石圈塊體，在軟流圈表面上作相對運(yùn)動；板塊邊界分為離散型(以海嶺和裂谷為邊界)、匯聚型(以島弧—海溝、山弧—海溝、山弧—地縫合線和地中海型陸間海為邊界)和剪切轉(zhuǎn)換型(轉(zhuǎn)換斷層帶)。板塊邊界類型決定了板間地震活動的分布及其強(qiáng)弱(鄧起東等，2009)。

斷塊構(gòu)造學(xué)說(張文佑等，1978；張文佑，1984)認(rèn)為，巖石圈被斷層分割成大小不等、深淺不一、厚薄不同和發(fā)展歷史各異的斷塊，由此構(gòu)成巖石圈的多層、多級和多期發(fā)展的斷塊構(gòu)造格局(圖3)；“板塊”是最高一級的斷塊——“巖石圈斷塊”。他根據(jù)斷層深度將斷層分為：①蓋層斷層：切穿沉積蓋層到達(dá)結(jié)晶基底(花崗巖質(zhì)層或硅鋁層)頂面的斷層；②基底斷層：切穿基底到達(dá)玄武巖質(zhì)層(硅鎂層)頂面的斷層；③地殼斷層：切穿整個(gè)地殼到達(dá)上地幔頂部的斷層；④巖石圈斷層：切穿整個(gè)巖石圈到達(dá)軟流圈頂面的斷層。此外，黃汲清等(1977)將切穿巖石圈、深入軟流圈的斷層定義為超巖石圈斷層，其是規(guī)模最大的第一級深斷層，一般構(gòu)成大陸與大洋之間的分界。

鄧起東等(2009)指出，斷塊構(gòu)造是地球構(gòu)造運(yùn)動最基本的型式，活動斷塊是現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動最基本的型式，其既控制主要活動構(gòu)造帶和地震活動帶的分布，也控制不同地區(qū)地震活動特征的差異；據(jù)此，他們編制了中國活動斷塊劃分圖。然而，其劃分的活動斷塊是否為相對獨(dú)立的構(gòu)造單元，即斷塊內(nèi)的地震活動是否存在關(guān)聯(lián)，尚不清楚，亟需發(fā)展可靠的方法予以判定。

圖3 巖石圈內(nèi)不同層級斷塊示意圖(據(jù)張文佑等，1978修改)Fig. 3 Schematic illustration of hierarchical fault-blocks in the lithosphere (modified after Zhang Wenyou et al., 1978#)

2 孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則

筆者等認(rèn)為，板塊構(gòu)造理論和斷塊構(gòu)造學(xué)說各有優(yōu)勢，前者可作為劃分板間構(gòu)造塊體的地質(zhì)依據(jù)，后者可作為劃分板內(nèi)構(gòu)造塊體的地質(zhì)依據(jù)，兩者均可為劃分相應(yīng)地震區(qū)提供理論指導(dǎo)。

2.1 板內(nèi)孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則

某條斷層在構(gòu)造變形與地質(zhì)演化中所起的作用，主要取決于其切割深度和規(guī)模，且斷層在平面上的延伸與影響范圍，一般也與其深度成正相關(guān)。大規(guī)模的基底斷層、地殼斷層、巖石圈斷層和超巖石圈斷層，往往是構(gòu)造塊體間相對交錯(cuò)運(yùn)動的構(gòu)造大變形地帶，其可被定義為區(qū)域性大斷層。如上所述，地球巖石圈由被不同尺度斷層(帶)分割、可相對運(yùn)動的層級構(gòu)造塊體組成，如構(gòu)造板塊(Wilson，1965)、斷塊(張文佑，1984)與活動地塊(張培震等，2003)。特別地，被區(qū)域性大斷層圍限而成的構(gòu)造塊體，由于其內(nèi)部變形遠(yuǎn)小于區(qū)域性大斷層的構(gòu)造變形，故其基本上作為一個(gè)單元運(yùn)動(Keilis-Borok and Soloviev，2003)，這說明區(qū)域性大斷層可作為塊體側(cè)向邊界。由此而論，板內(nèi)構(gòu)造塊體可由區(qū)域性大斷層或由區(qū)域性大斷層與板塊邊界界定。

自從板塊構(gòu)造理論被廣為認(rèn)可后，巖石圈底界面一直被認(rèn)為是板塊運(yùn)移的主要滑脫面，甚至是惟一滑脫面(萬天豐，2004)。然而，在大陸巖石圈構(gòu)造研究中，諸多學(xué)者(金翔龍和高金耀，2001；許志琴等，2003；萬天豐，2012；焦煜媛等，2017)逐漸認(rèn)識到巖石圈內(nèi)還存在其他滑脫面(圖1和圖3)，如康拉德面和莫霍面，有可能沿其發(fā)生不同程度的滑脫。

板內(nèi)構(gòu)造塊體是否易沿某滑脫面滑脫，取決于該面的發(fā)育程度、該面的摩擦阻力與施加的切向構(gòu)造荷載；而塊體能否發(fā)生較大地震，則取決于其能否沿滑脫面發(fā)生較大的相對運(yùn)動和其內(nèi)是否存在鎖固段。鑒于此，需厘清塊體沿某滑脫面的易滑脫性和塊體內(nèi)鎖固段的存在性，即需確定孕震構(gòu)造塊體底邊界。

蓋層斷層切割范圍僅局限于地殼表層的沉積巖層，蓋層范圍內(nèi)巖石較破碎，其通常不發(fā)生較大地震；其下才是完整性較好、強(qiáng)度大的花崗巖層主體，是大地震震源孕育的層位(秦保燕，1999)。因此，筆者等認(rèn)為蓋層構(gòu)造塊體中不存在鎖固段，但可能存在非鎖固段(承載力介于鎖固段和軟弱介質(zhì)之間; 楊百存等，2020)，其破裂會發(fā)生較小地震。這說明蓋層構(gòu)造塊體不能作為孕震構(gòu)造塊體，即其底部滑脫面(蓋層底界面)不能作為孕震構(gòu)造塊體的底邊界。

不少學(xué)者(Meissner et al.，1987；Mooney and Braile，1989；曾融生等，1995；朱介壽等，1997；Artemieva and Thybo，2013；Reguzzoni et al.，2013；郝天珧等，2014)研究了全球莫霍面深度變化，發(fā)現(xiàn)大部分地區(qū)莫霍面的起伏變化較大，且有些地區(qū)莫霍面呈現(xiàn)非常明顯的“波浪式”起伏(王紅霞和郭玉貴，2005；羅艷等，2008；胡衛(wèi)劍等，2014)，故十分不利于構(gòu)造塊體沿莫霍面滑脫，這說明該面亦難以作為孕震構(gòu)造塊體底邊界。

徐常芳(1996)指出，構(gòu)造活動和地震活動較強(qiáng)的地區(qū)，常發(fā)育中地殼低速高導(dǎo)層(地震波速低、電導(dǎo)率高)，其深度與康拉德面有較好的對應(yīng)關(guān)系，該層以上地震活動強(qiáng)烈，以下以韌性變形和顯著流變?yōu)橹?周真恒等，1998)，構(gòu)造變形的強(qiáng)度顯著變?nèi)酰呛苌侔l(fā)生地震的圈層；萬天豐(2004)認(rèn)為，從與地表貫通的斷層和相關(guān)巖漿活動的地質(zhì)證據(jù)來看，中國大陸中地殼低速高導(dǎo)層是主要的滑脫面，滑脫量最為顯著，而沿蓋層與基底之間界面的滑脫量以及沿莫霍面的滑脫量可能較??；顧芷娟等(1995)認(rèn)為低速高導(dǎo)層在世界各地廣泛存在。在低速高導(dǎo)層的物理力學(xué)性質(zhì)研究方面，楊曉松等(2003)指出，地殼中部的低速高導(dǎo)層很可能具有力學(xué)軟弱帶的物理內(nèi)涵，可作為滑脫面；一些學(xué)者(胡德昭等，1989；顧芷娟等，1995；范景輝，2002)的研究表明，低速高導(dǎo)層有一定厚度且含水，與莫霍面相比較軟弱，在較小的上覆壓力下構(gòu)造塊體易沿該層滑脫。

圖4 板內(nèi)地震區(qū)的3種類型邊界斷層(黃圈表示地震)Fig. 4 Three types of boundary faults in an intraplate seismic zone (Earthquakes are denoted by yellow circles) (1) 基本連續(xù)斷層；(2) 不連續(xù)斷層；(3) 隱伏斷層(1) An almost continuous fault; (2) a discontinuous fault;(3) a blind fault

從震源深度來看，筆者等推測全球板內(nèi)較大構(gòu)造地震主要位于康拉德面或低速高導(dǎo)層之上。例如，唐新功等(2012)指出青藏高原山區(qū)康拉德面深度和莫霍面深度分別約為35 km和67 km，羅文行等(2008)指出該區(qū)不小于5級地震的震源深度主要分布在10～35 km；李松林等(2001)指出首都圈地區(qū)康拉德面和莫霍面深度分別為21～25 km和31～42 km，陳向軍等(2018)指出新疆地區(qū)康拉德面和莫霍面深度分別為22～30 km和約54 km，筆者等通過查閱地震目錄得知這兩個(gè)地區(qū)不小于MS5.5地震主要位于康拉德面之上。這意味著：①即使下地殼硅鎂層中發(fā)育有鎖固段，但由于在更高的溫壓環(huán)境下其承載力大幅減小，即其已退化為非鎖固段，也難以發(fā)生較大地震；②鎖固段分布在蓋層底部滑脫面和康拉德面或低速高導(dǎo)層之間；③孕震構(gòu)造塊體不應(yīng)包括康拉德面或低速高導(dǎo)層以下的圈層。

綜上，康拉德面或低速高導(dǎo)層可作為孕震塊體底邊界。由此而論，只要是切穿基底的大規(guī)模斷層，均可視為廣義上的區(qū)域性大斷層，皆可作為孕震構(gòu)造塊體側(cè)向邊界。顯然，這樣厘定的孕震構(gòu)造塊體涉及到非鎖固段破裂(地震)事件，故在數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)盡量剔除這些事件，這可通過引入門檻震級Mv實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)區(qū)域性大斷層線(斷層與地面的交線)確定地震區(qū)范圍時(shí)，常遇到3種類型邊界(許才軍等，2009；圖4)，須分情況處理：①基本連續(xù)斷層(成熟邊界)：其通常能切穿地殼或整個(gè)巖石圈，劃分地震區(qū)時(shí)應(yīng)首選該類斷層為邊界；②不連續(xù)斷層(發(fā)展中邊界)：根據(jù)斷層延伸方向連接斷層線端點(diǎn)，可形成封閉的地震區(qū)邊界; ③隱伏斷層：連接已有斷層線端點(diǎn)可形成封閉的地震區(qū)邊界，其連線能大致代表隱伏斷層走向。

2.2 板間孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則

鑒于板間構(gòu)造塊體涉及到俯沖板塊和仰沖板塊(圖2)，故需厘清賦存有鎖固段的板塊，才能明確孕震構(gòu)造塊體。一些學(xué)者(Stern，2002；洪漢凈等，2009；董金龍等，2015；Lay，2015)指出板間地震沿板塊邊界呈帶狀分布，其產(chǎn)生和分布主要受俯沖板塊控制，這意味著鎖固段分布在其內(nèi)，即俯沖板塊為孕震構(gòu)造塊體。鑒于此，且參考上述板內(nèi)構(gòu)造塊體側(cè)向邊界確定原則，筆者等認(rèn)為板間地震區(qū)邊界可由區(qū)域性大斷層和(或)板塊邊界約束，且應(yīng)優(yōu)先考慮匯聚型板塊邊界約束。以此為指導(dǎo)，則可按如下原則制訂板間地震區(qū)的分區(qū)方案：①若某板塊周圍均有板塊邊界，如鄂霍次克板塊，則可據(jù)其且囊括主要匯聚型邊界附近較大地震確定地震區(qū)邊界；②若主要匯聚型邊界周圍有區(qū)域性大斷層和其他板塊邊界，以后兩者作為地震區(qū)邊界；③若邊界斷層資料缺失，可沿主要匯聚型板塊邊界延伸方向且囊括其兩側(cè)或單側(cè)較大地震初劃地震區(qū)，進(jìn)而考慮相鄰地震區(qū)的地震強(qiáng)度和(或)震源深度的顯著差異性厘清相鄰邊界，最終確定相鄰地震區(qū)各自的分區(qū)方案。

因?yàn)檫@樣劃分的地震區(qū)涉及到俯沖板塊和仰沖板塊(常賦存有非鎖固段)兩個(gè)構(gòu)造塊體，而地震區(qū)應(yīng)僅涉及前者且應(yīng)表征前者的地震活動，故在數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)盡量剔除后者的地震事件，這可通過引入門檻震級Mv實(shí)現(xiàn)。

3 地震區(qū)劃分方法

顯然，在同一個(gè)孕震構(gòu)造塊體和同一輪地震周期的地震具有內(nèi)在聯(lián)系；相鄰塊體通過剪切和(或)擠壓產(chǎn)生相互作用，但各塊體的地震(不小于Mv)演化規(guī)律互不影響。因此，地震區(qū)是代表相應(yīng)孕震構(gòu)造塊體地震活動的區(qū)域，其可表征相應(yīng)塊體內(nèi)源自鎖固段破裂的地震活動。

基于上述孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則，筆者等以全球兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶，圖5)為研究對象，參考《中國活動構(gòu)造圖》(鄧起東等，2007)、《中國新疆及鄰區(qū)地震構(gòu)造圖》(沈軍，2014)、《亞歐地震構(gòu)造圖》(張?jiān)Ｃ鞯龋?981)、《全球構(gòu)造體系圖》(苗培實(shí)，2010)、《亞歐地質(zhì)圖》(李廷棟等，1997)、《Active faults of the world》(Yeats，2012)等資料，共劃分了62個(gè)地震區(qū)(圖5)，其中包括中國及其鄰區(qū)的33個(gè)地震區(qū)(圖6)。

圖5 全球兩大地震帶地震區(qū)劃分圖(據(jù)秦四清等，2016d)Fig. 5 Seismic zoning map of two major seismic belts (the Circum-Pacific seismic belt and the Eurasia seismic belt) worldwide (from Qin Siqing et al., 2016d&)

圖6 中國及其鄰區(qū)地震區(qū)劃分圖(據(jù)秦四清等，2016b，d)Fig. 6 Seismic zoning map in China and its neighboring areas (from Qin Siqing et al., 2016b&, d&)

若上述全球兩大地震帶每個(gè)地震區(qū)的分區(qū)方案可靠，則均能通過多鎖固段脆性破裂理論的檢驗(yàn)。筆者等對62個(gè)地震區(qū)的震例分析表明，全部分區(qū)方案均通過了理論檢驗(yàn)，即不僅每個(gè)地震區(qū)歷史標(biāo)志性地震的演化能夠被回溯(秦四清等，2016a，b，c)，而且對某些地震區(qū)標(biāo)志性地震的前瞻性預(yù)測也已得到證實(shí)(秦四清等，2011，2012，2013，2014a，b，c；楊百存等，2018)。

結(jié)合全球兩大地震帶地震區(qū)的分區(qū)實(shí)踐，筆者等歸納總結(jié)出地震區(qū)劃分方法的要點(diǎn)為：

(1)以地質(zhì)構(gòu)造和地震資料為參考，以孕震構(gòu)造塊體和地震區(qū)邊界確定原則為依據(jù)，以保證地震區(qū)之間不重疊和“無縫銜接”為宗旨，初定多個(gè)地震區(qū)的分區(qū)方案；

(2)根據(jù)多鎖固段脆性破裂理論檢驗(yàn)每個(gè)地震區(qū)的分區(qū)方案可靠性。若其中一個(gè)或幾個(gè)地震區(qū)的分區(qū)方案未通過檢驗(yàn)，則按要點(diǎn)(1)重新厘定邊界，直至全部方案均通過檢驗(yàn)，這樣可確定最終方案。在邊界斷層為不連續(xù)或隱伏的情況下，可進(jìn)行如下操作：對不連續(xù)斷層，當(dāng)斷層線端點(diǎn)之間的連線上或連線附近有較大地震分布時(shí)，根據(jù)該理論判斷地震的歸屬，據(jù)此可微調(diào)邊界；對隱伏斷層，連接已有斷層線端點(diǎn)的連線方式亦可照此進(jìn)行。當(dāng)然，若后續(xù)研究揭示了隱伏斷層分布，則據(jù)此確定邊界。

以下，以北海道板間地震區(qū)和運(yùn)城板內(nèi)地震區(qū)為例，具體闡述該方法的實(shí)施步驟。

(1)北海道地震區(qū)。該地震區(qū)位于歐亞板塊、北美洲板塊、太平洋板塊與菲律賓板塊之間，幾乎對應(yīng)鄂霍次克板塊。由于該板塊周圍存在清晰的板塊邊界，據(jù)此且考慮較大的地震分布可確定地震區(qū)范圍(圖7或圖5中編號38)。以下，將通過多鎖固段脆性破裂理論檢驗(yàn)該地震區(qū)的分區(qū)方案可靠性。

圖7 北海道地震區(qū)地震構(gòu)造圖Fig. 7 Seismotectonic map of the Hokkaido seismic zone

該地震區(qū)當(dāng)前地震周期曾發(fā)生標(biāo)志性地震3次，分別為1898年6月5日日本海溝Muk8.7地震、1952年11月4日堪察加?xùn)|部近海MW8.9地震和2011年3月11日日本宮城東部近海MW9.0地震(楊百存，2019)。由圖8看出，經(jīng)誤差修正后該地震區(qū)當(dāng)前地震周期標(biāo)志性地震的臨界CBS值很好地滿足式(2)。需指出的是，1933年3月2日日本海溝MW8.5地震，是1952年標(biāo)志性地震前的1次顯著預(yù)震；1963年10月13日千島群島MW8.5地震，是2011年標(biāo)志性地震前的1次顯著預(yù)震(秦四清等，2016a)。這兩次預(yù)震是不同鎖固段破裂發(fā)生的最大預(yù)震。顯然，標(biāo)志性地震的震級滿足式(5)，預(yù)震的震級滿足式(6)。因此，無論從標(biāo)志性地震演化規(guī)律上看，還是從震級約束關(guān)系上看，北海道地震區(qū)的分區(qū)方案可靠，可據(jù)之預(yù)測未來的標(biāo)志性地震。

圖8 考慮誤差Δ修正后北海道地震區(qū)當(dāng)前地震周期公元144年2月15日～2016年2月24日之間MW ≥ 7.0(Mv = MW7.0)地震的CBS與時(shí)間關(guān)系Fig. 8 Time variations of CBS of MW ≥ 7.0 (Mv = MW7.0) earthquakes from February 15, 144 to February 24, 2016, in the Hokkaido seismic zone and its current seismic period after introducing the initial error Δ

圖9 運(yùn)城地震區(qū)及其相鄰地震區(qū)地震構(gòu)造圖Fig. 9 Seismotectonic map of the Yuncheng seismic zone and its neighboring seismic zones

圖10 考慮誤差Δ修正后運(yùn)城地震區(qū)當(dāng)前地震周期公元前2300～2015-11-21之間MS ≥ 6.0(Mv = MS6.0)地震的CBS與時(shí)間關(guān)系Fig. 10 Time variations of CBS of MS ≥ 6.0 (Mv = MS6.0) earthquakes from 2300 B.C. to November 21, 2015, in the Yuncheng seismic zone and its current seismic period after introducing the initial error Δ

(2)運(yùn)城地震區(qū)。運(yùn)城地震區(qū)(圖9或圖5和圖6中編號24)的邊界斷層為八里罕斷層、太行山山前斷層、太行山大斷層、封門口—五指嶺斷層、溫塘斷層、華山山前斷層、華山西麓斷層、秦嶺北麓斷層、隴縣—寶雞斷層、六盤山斷層、黃河—靈武斷層、正誼關(guān)斷層、巴彥烏拉山斷層、狼山山前斷層和陰山—燕山斷層。其中，陰山—燕山斷層為巖石圈斷層(張文佑等，1983)；黃河—靈武斷層深度大于40 km，向下切割了莫霍面(雷啟云等，2014)；華山山前斷層為巖石圈斷層(任雋，2012)；太行山山前斷層已切穿莫霍面(李志偉等，2006；張嶺等，2007；呂作勇和吳建平，2010)，為一巖石圈斷層；太行山大斷層為一深大斷層，深切莫霍面(曹現(xiàn)志等，2013；于洋，2016)。以下，將通過多鎖固段脆性破裂理論檢驗(yàn)該地震區(qū)的分區(qū)方案可靠性。

該地震區(qū)當(dāng)前地震周期曾發(fā)生標(biāo)志性地震3次，分別為1303年9月25日山西洪洞MS8.0地震、1556年2月2日陜西華縣MS8.2地震和1695年5月18日山西臨汾MS8.0地震；該區(qū)歷史上預(yù)震的震級不超過MS7.0(楊百存，2019)。由圖10看出，經(jīng)誤差修正后該地震區(qū)當(dāng)前地震周期標(biāo)志性地震的臨界CBS值很好地滿足式(2)；此外，標(biāo)志性地震和預(yù)震的震級分別滿足式(5)和(6)。這說明運(yùn)城地震區(qū)的分區(qū)方案可靠，可據(jù)之預(yù)測未來的標(biāo)志性地震。

4 結(jié)論

(1)提出了孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則，并結(jié)合全球兩大地震帶地震區(qū)的分區(qū)實(shí)踐歸納總結(jié)了地震區(qū)劃分方法。

(2)本文劃分的62個(gè)地震區(qū)，奠定了地震預(yù)測和地震危險(xiǎn)性評價(jià)的地質(zhì)基礎(chǔ)。